基于物聯(lián)網(wǎng)的建筑工程紙質資料存儲系統(tǒng)設計

謝瑋成，劉媛媛，林清陽，陳 宏

（中建海峽建設發(fā)展有限公司，福建 福州350001）

建筑工程資料是工程建設從項目的提出、籌備、勘測、設計、施工到竣工投產(chǎn)等過程中形成的文件材料、圖紙、圖表、計算材料、聲像材料等各種形式的信息總和[1]。根據(jù)規(guī)定，工程資料應由施工企業(yè)按有關建筑法規(guī)、檔案管理法規(guī)、質量檢驗標準的規(guī)定和設計要求，隨工程進度同步收集、填寫、整理、編制[2]。工程資料根據(jù)類型可分為電子資料和紙質資料，其中紙質資料具有體量大、保管難度高、使用頻繁等特點。本文以物聯(lián)網(wǎng)技術為基礎，針對紙質資料的管理設計了一套建筑工程紙質資料存儲系統(tǒng)，以期通過該系統(tǒng)的研發(fā)與應用，提高建筑工程紙質資料的管理效率，提高資料存儲的安全性。

1 整體結構設計

物聯(lián)網(wǎng)是基于信息技術形成的一種綜合性技術模式，其使互聯(lián)網(wǎng)與實物間形成了緊密的聯(lián)系[3]。本文設計的建筑工程紙質資料存儲系統(tǒng)是利用物聯(lián)網(wǎng)技術對傳統(tǒng)資料柜進行改造，并配套研發(fā)軟件平臺實現(xiàn)對紙質資料借閱管控的一套信息化解決方案。系統(tǒng)由資料存儲裝置和存儲管理平臺2 部分構成。

建筑工程紙質資料存儲系統(tǒng)整體結構自下而上分為感知層、網(wǎng)絡層和應用層，如圖1 所示。感知層由各類傳感設備構成，對應本文設計的資料存儲裝置，具體包含RFID 設備、條形碼識別器、人臉識別設備等。網(wǎng)絡層由各類網(wǎng)絡設備構成，為感知層和應用層進行數(shù)據(jù)交換提供通道。應用層運行存儲管理平臺，面向使用者提供人機交互界面。

圖1 系統(tǒng)整體結構

2 資料存儲裝置設計

如圖2 所示，資料存儲裝置由資料柜柜體、中控設備和條形碼識別器等組成。

圖2 資料存儲裝置結構

資料柜柜體。柜體由10 個資料箱構成，每個資料箱中包含5 個資料盒。資料箱內配置有電控鎖和RFID閱讀器，電控鎖主要用于控制箱門的開閉，RFID 識別器用于讀取資料盒上RFID 芯片數(shù)據(jù)。資料盒底部嵌入有RFID 芯片，芯片中存儲資料盒內具體資料的信息，資料盒表面印刷有一張唯一標識信息的條形碼。

中控設備。用于提供面向用戶的人機交互界面，顯示操作提示和檢索反饋等信息，設備由人臉識別設備、拾音器和音頻輸出設備組成。人臉識別設備用于捕獲用戶面部圖像，將提取到的人臉圖像特征值與用戶數(shù)據(jù)庫人臉特征值逐一比對，驗證訪問者的身份。拾音器用于采集用戶語音，將其傳輸給存儲管理平臺轉碼解析。音頻輸出設備用于播放存儲管理平臺反饋的信息。

條形碼識別器。用于讀取資料盒上的條形碼信息，并提交至存儲管理平臺識別處理。

3 存儲管理平臺設計

存儲管理平臺包含人機交互子系統(tǒng)、資料管理子系統(tǒng)和柜體控制子系統(tǒng)3 部分，如圖3 所示。人機交互子系統(tǒng)用于人機交互操作，如識別使用者身份、轉義用戶語音等。資料管理子系統(tǒng)實現(xiàn)資料的狀態(tài)查詢、位置查詢、借閱情況查詢等功能。柜體控制子系統(tǒng)用于控制柜體開閉。

圖3 存儲管理平臺結構

3.1 資料借閱

人機交互子系統(tǒng)通過人臉識別技術識別使用者身份，匹配用戶信息庫獲取操作權限，并顯示歡迎界面，提示使用者進行具體操作。通過拾音器獲取使用者語音信息，將語音信息轉換為文本信息，根據(jù)語義拆分關鍵詞，傳輸至資料管理子系統(tǒng)進行檢索。資料管理子系統(tǒng)通過關鍵詞模糊檢索，定位使用者檢索的資料，查詢資料狀態(tài)，若資料未借出，則推送指令給柜體控制子系統(tǒng)請求開啟資料所在的資料箱。柜體控制子系統(tǒng)通過RFID 技術定位資料所在的資料箱，聯(lián)動開啟對應資料箱的電控鎖，彈出資料盒。待使用者取走資料盒后，資料管理子系統(tǒng)更新資料狀態(tài)。

3.2 資料歸還

人機交互子系統(tǒng)驗證使用者身份后，激活條形碼識別器，使用者使用條形碼識別器掃描資料盒上的條形碼，系統(tǒng)將識別結果推送給資料管理子系統(tǒng)。資料管理子系統(tǒng)接收到信息后，查詢資料應存放的位置，并推送開啟資料箱指令給柜體控制子系統(tǒng)。柜體控制子系統(tǒng)打開對應的資料箱，待使用者放入資料后，系統(tǒng)讀取資料盒RFID 芯片信息，核對信息是否與使用者計劃歸還的資料信息一致，待確認無誤后推送信息至資料管理子系統(tǒng)，更新資料狀態(tài)。

3.3 安全控制

用戶權限方面設計有嚴格的分級訪問權限，系統(tǒng)人員按照權限劃分為資料總管理員、部門資料管理員和一般用戶。資料總管理員擁有新增存儲、查詢、借閱、歸還、追溯借閱人及刪除資料等所有操作權限，部門資料員具有新增存儲、查詢、借閱、歸還資料的權限，一般人員僅有查詢、借閱、歸還資料的權限。當同一用戶多次認證失敗時，中控設備將鎖定，并聯(lián)動向資料總管理員發(fā)出提醒。

借閱追溯方面設計有全流程追蹤體系，自使用者訪問系統(tǒng)起，至完成借閱離開的全過程錄像將被保存在系統(tǒng)中。同時，使用者登錄系統(tǒng)執(zhí)行的相關操作也將被記錄，便于追溯和審計。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

建筑工程紙質資料存儲系統(tǒng)開發(fā)完成后，研發(fā)團隊使用戴爾R740 機架式服務器（10 核CPU、8 G 內存）作為存儲管理平臺運行載體，選擇搭載Android 10操作系統(tǒng)的平板電腦模擬中控設備進行測試。

4.1 功能驗證

用戶端功能包含資料查詢、資料借閱和資料歸還，管理員端功能包含實時監(jiān)控、審計追溯和系統(tǒng)管理等。本次測試主要校驗用戶端功能。

資料查詢。資料查詢頁如圖4 所示，使用者按住語音圖標告知系統(tǒng)檢索的內容，系統(tǒng)將采集到的語音轉換為文本信息，解析使用者的檢索需求，提取關鍵字，并遍歷檢索資料存放的位置，反饋處理結果。

圖4 資料查詢頁面

資料借閱。資料借閱頁如圖5 所示，在定位到使用者要借閱的資料存放的位置后，系統(tǒng)將反饋提示使用者：“是否打開該資料箱”，得到確定的回復后，系統(tǒng)將打開對應的資料箱門。待使用者取走資料并關閉資料箱門后，系統(tǒng)在確認無誤后，更新資料借閱狀態(tài)。

圖5 資料借閱頁面

資料歸還。資料歸還頁如圖6 所示，使用者通過條形碼識別器掃描資料盒上的條形碼后，點擊開啟箱門按鈕，系統(tǒng)將開啟對應資料箱，待資料放入后，系統(tǒng)將校驗資料盒信息，并通過中控設備反饋處理結果。

圖6 資料歸還頁面

4.2 性能測試

為測試系統(tǒng)性能，研發(fā)團隊從語音識別準確率及效率、箱體聯(lián)動準確性及響應效率方面進行了測試。

語音識別準確率及效率測試方面，測試用例標準名稱為G20 幅地連墻檢驗批，測試設計5 組語句，每組語句由10 名測試人員輪流念出，每人重復2 次，測試結果見表1。由表可知，語音識別準確率為98%，平均響應時間為0.9 s。

表1 語音識別準確率及效率測試結果

資料箱體聯(lián)動準確性及響應效率測試方面，考慮到單個資料存儲裝置包含10 個資料箱，共50 個資料盒，因此，測試用例設計為每個資料盒調取5 次。在測試前，從1—50 為每個資料盒標記編號，重復4 輪，即第一個檔案盒有1、51、101、151 和201 五個編號，再通過隨機函數(shù)調取1—250編號對應的檔案盒進行開箱測試。經(jīng)測試，箱體聯(lián)動開啟的準確率為99.2%，平均響應時間為1.7 s。

由測試可知，建筑工程紙質資料存儲系統(tǒng)運行良好。

5 總結

本文提出了一種建筑工程紙質資料存儲系統(tǒng)設計方案，方案依托物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)了紙質資料的快速檢索、精確定位和自動調取。經(jīng)測試，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，整體性能良好，其應用能夠提升紙質資料借閱和使用效率，提高資料存儲安全性，為項目管理提供便利。